книги / Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений

Рис. 7.1. Типы фонтанных скважин и виды фонтанирования:

газожидкостная смесь (на рисунке показано установившееся со­ стояние). При давлении у башмака НКТ p i^ p H, в затрубном пространстве на устье находится газ и рзатр обычно небольшое (0,1—0,5 МПа). Так как p i^ j? H> P 2, то по мере подъема нефти давление снижается, увеличивается количество свободного газа, происходит расширение газа, растет газосодержание потока, т. е. фонтанирование осуществляется по принципу работы газо­

жется газированная жидкость, на забой и к башмаку НКТ по­ ступает газожидкостная смесь. После начала притока основ­

в затрубное пространство, где газ барботирует в относительно неподвижной жидкости. В затрубном пространстве накаплива­ ется газ, уровень жидкости снижается и достигает башмака НКТ. Со временем наступает стабилизация и при р 3 < Р п уро­ вень всегда устанавливается у башмака НКТ. Затрудное дав­

негерметичности в резьбовых соединениях НКТ, обсадной ко­ лонне, устьевом оборудовании) уровень будет находиться выше башмака НКТ. Чем меньше расход и вязкость жидкости,

Фонтанные скважины второго и третьего типов представляют собой газожидкостной подъемник, причем газ не вводится из­ вне, а выделяется из притекающей нефти. При давлении, рав­ ном рн, количество свободного газа равно нулю, весь газ растворен в нефти. Вдоль пути движения по мере снижения давления от рн до р2 количество свободного газа, приходяще­ гося на единицу расхода нефти, увеличивается от нуля до не­ которого значения. При любом текущем абсолютном давлении р количество выделившегося (свободного) газа Угс можно пред­ ставить как разность начального и текущего количеств рас­ творенного газа в соответствии с законом Генри

где G0 — пластовый газовый фактор (или количество газа, вы­ деляющееся из нефти при снижении давления до атмосферного Ро и взятое из расчета на единицу расхода нефти QH); а р — ко­ эффициент растворения газа в нефти. Поскольку с увеличе­ нием содержания газа плотность газожидкостной смеси умень­ шается, то в целом для всей длины подъемных труб при уменьшении давления от р\ до р2 необходимо принять среднее количество свободного газа, которое можно записать как сред­ невзвешенное по длине L :

Примем по А. П. Крылову а Р и Q„ постоянными вдоль L, а дав­ ление линейно зависящим от текущей длины /:

QnoA (рз) характеризуют совместную согласованную работу пла­ ста и подъемника, в остальных случаях отмечается несогласо­ ванная работа (<Зпл><2под или <2пл<Спод). Причем точке Н со­ ответствует неустойчивая работа, так как малейшие колебания Рз приводят к срыву фонтанирования (точка С) или переходу работы в точку У. Это легко уяснить, увязав изменение р3 с из­

боты пласта и подъемника.

Таким образом, длительное газлифтное фонтанирование возможно только при одном вполне определенном рзу. При из­ менении p2L, d точка У будет перемещаться вдоль индикатор­ ной линии (2пл(Рз). Однако при некотором сочетании парамет­ ров кривая лифтирования (2под(р3) может не пересекаться с ин­ дикаторной линией <2пл(Рз), тогда фонтанирования не будет. Возможные положения кривой лифтирования на рис. 7.3 пока­ заны пунктирной линией.

§ 7.2. ОБОРУДОВАНИЕ ФОНТАННЫХ СКВАЖИН

Оборудование любой скважины, в том числе фонтанной, дол­ жно обеспечивать отбор продукции в заданном режиме и воз­ можность проведения необходимых технологических операций с учетом охраны недр, окружающей среды и предотвращения аварийных ситуаций. Оно подразделяется на наземное (устье­ вое) и скважинное (подземное).

Наземное оборудование

К наземному оборудованию относят фонтанную арматуру и манифольд. Фонтанной арматурой оборудуют фонтанные нефтя­ ные и газовые скважины. Ее устанавливают на колонную го­ ловку. Фонтанные арматуры изготавливают (ГОСТ 13846—84) по восьми схемам.

Фонтанные арматуры различают по конструктивным и проч­ ностным признакам. Эти признаки включают в шифр фонтан­ ной арматуры следующим образом: АФХ1Х2Х3-Х4ХХ5Х6Х7, где

муфте — не обозначается; для скважин, оборудованных ЭЦН — Э; Хг — номер схемы монтажа тройникового и крестового ти­ пов по ГОСТ 13846—84 (8 схем); при двухрядной колонне

ный проход ствола (50, 65, 80, 100 и 150 мм); через дробь ука­ зывается условный проход бокового отвода (50, 65, 80 и 100 мм) при несовпадении размеров; Х5 — рабочее давление, умножен­ ное на 0,1 МПа (7, 14, 21, 35, 70 и 105 МПа); Хб— климатиче­ ское исполнение: для умеренной климатической зоны — не обоз­ начается; для холодной климатической зоны — Хл; Х7 — испол­ нение по коррозионной стойкости для умеренной климатической

схеме 6 (крестового типа с однорядной колонной НКТ), с ди­ станционным и автоматическим управлением задвижек (В), условным проходом ствола и боковых отводов 100 мм, рассчи­ танная на рабочее давление 21 МПа для умеренной климатиче­ ской зоны и коррозионной среды (К2).

Фонтанная арматура включает трубную головку и фонтан­ ную елку с запорными и регулирующими устройствами. Труб­ ная головка предназначена для подвески насосно-компрессор­ ных труб и герметизации пространств между ними и обсадной эксплуатационной колонной. При оборудовании скважины двумя концентричными колоннами НКТ (двухрядная конструк­ ция подъемника) трубы большего диаметра подвешиваются на резьбовом соединении нижнего тройника (крестовины), кото­ рый устанавливается на крестовину, герметизирующую затрубное пространство. Трубы меньшего диаметра подвешиваются на резьбе переводника (стволовой катушки), размещаемом над

тройником. При однорядной конструкции подъемника нижний тройник не ставится и трубы, подвешиваемые к нему, не спус­ каются. Применяется также муфтовая подвеска труб, фонтан­ ная елка предназначена для направления потока в выкидную линию, а также для регулирования и контроля работы сква­ жины. Она может включать либо один или дна тройника (одноили двухъярусная тройниковая арматура), либа крестовину (крестовая арматура). Двухструнная (двухъярусная тройнико­ вая и крестовая) конструкция елки целесообразна в том слу­ чае, если нежелательны остановки скважины, причем рабочей является верхняя или любая боковая струны, а первое от ствола запорное устройство — запасным. Сверху елка заканчи­ вается колпаком (буфером) с трехходовым краном и маномет­ ром. Для спуска в работающую скважину приборов.и устройств вместо буфера ставится лубрикатор. Фонтанную арматуру мо­ жно монтировать на устье скважины автомобильными кранами, а также при помощи подъемных механизмов (см. гл. 10). В про­ цессе эксплуатации арматуры с прямоточными задвижками пе­ риодически смазывают подшипники шпинделя жировым солидо­ лом, а в корпус задвижки через штуцер в днище набивают уп­ лотнительную смазку ЛЗ-162 или «Арматол-238».

На выкидных линиях после запорных устройств для регули­ рования режима работы скважины ставят регулирующие уст­ ройства (штуцер), обеспечивающие дросселирование потока вследствие изменения площади проходного сечения. Они под­ разделяются на нерегулируемые и регулируемые.

Нерегулируемый штуцер зачастую представляет собой диа­ фрагму или короткую втулку (насадку) с малым отверстием. Диаметр отверстия штуцера.может составлять 5—25 мм. Диа­ метр отверстия штуцера обычно подбирают опытно при иссле­ довании скважины; имеются также формулы для его оценки. Такой штуцер надежен в эксплуатации и незаменим при нали­ чии песка в продукции.

Быстросменный штуцер состоит из разъемного корпуса, за­ жимаемого между фланцами на выкидной линии арматурь* при помощи шпилек. В корпус вставляется пробка с коническим от­ верстием под сменную штуцерную втулку. Герметичность обес­ печивается резиновыми уплотнениями.

Применяют также более простые штуцеры, которые пред­ ставляют собой диск толщиной 7—10 мм, в центре которого имеется отверстие с резьбой для завинчивания штуцерной втулки. Для замены штуцера рабочую, выкидную линию от­ ключают, а работу скважины переводят на запасную линию, где также установлен требуемый штуцер. Затем снижают дав­ ление в рабочей линии до атмосферного давления.

Более удобно применение углового регулируемого дросселя (штуцера). В нем в сменную насадку вращением махоиика

с помощью штока вводится наконечник, перекрывающий часть отверстия, а указатель показывает эквивалентный диаметр ци­ линдрического отверстия. При необходимости иметь нерегули­ руемый штуцер сборка штока заменяется заглушкой и устанав­ ливается втулка с конической сменной насадкой, имеющей пол­ нопроходное сечение.

Устьевое (до штуцера) и зат'рубное давления измеряют с помощью манометров. На фланцах боковых отводов трубной головки и фонтанной елки предусматриваются отверстия для подачи ингибиторов коррозии и гидратообразования в затрубное пространство и ствол елки, а также под карман для тер­ мометра.

Манифольд предназначен' для обвязки фонтанной арматуры с выкидной линией (шлейфом), подающей продукцию на груп­ повую замерную установку. Манифольд монтируют в зависимо­ сти от местных условий и технологии эксплуатации. В общем случае они обеспечивают обвязку двух струн с шлейфом, струн с затрубным пространством, струн и затрубного пространства с факелом или амбаром и т. д.

Подземное оборудование

К подземному оборудованию относятся насосно-компрессорные трубы, которые применяют при всех способах эксплуатации скважин. Их еще называют фонтанными, компрессорными, на­ сосными, подъемными или лифтовыми. ГОСТ 633—80 преду­ сматривает изготовление четырех типов стальных бесшовных

всех типов исполнения А изготовляют длиной 10 м, а исполне­

В основном применяют трубы условным диаметром (округлен­ ным наружным) 60 и 73 мм (внутренний диаметр соответ­ ственно 50,3 и 62 или 59 мм). Допускаемый минимальный за­ зор между внутренней стенкой обсадной колонны и наружной стенкой муфты НКТ составляет 12—15 мм, это значит, что мак­ симальный диаметр НКТ не должен превышать при 146-мм эксплуатационной колонне 73 мм, при 168-мм — 89 мм и при 194-мм— 114 мм (взято по условным диаметрам обсадных труб и НКТ). Предельная глубина спуска НКТ в фонтанную скважину в зависимости от диаметра и группы прочности (Д,

Е, К, Л, М, Р) составляет 1780—4250 м. Допустимую глубину спуска труб с высаженными наружу концами (равнопрочные) рассчитывают по пределу прочности от собственного веса при коэффициенте запаса, равном 1,5, а остальные (неравнопроч­ ные— по резьбе 80—85 % прочности ненарезанной части)— по страгивающей (разрушающей резьбу) нагрузке.

При эксплуатации фонтанных скважин находят применение комплексы оборудования для предупреждения открытых фон­ танов (типа КУСА и КУСА-Э). Они могут обслуживать от од­ ной до восьми скважин и обеспечивают герметичное перекры­ тие ствола скважины в случае разгерметизации устья, при от­ клонении параметров (давления, дебита) работы скважин от заданных и при возникновении пожара.

Основные элементы комплексов — пакер, скважинный кла- пан-отсекатель, устанавливаемый внутрь НКТ на глубине до 200 м и наземная станция управления. Управление клапаномотсекателем может быть пневмо- (тип КУСА) или электрогидравлическим (типа КУСА-Э). Запорным органом служит хло­ пушка или шар. Клапан-отсекатель (также и задвижка арма­ туры) может быть закрыт со станции управления принудитель­ ным путем или дистанционно с пульта диспетчера, связанного со станцией управления посредством промысловой телемеха­ ники.

Имеются еще автоматические клапаны-отсекатели, срабаты­ вающие при увеличении дебита скважины выше заданного. Они устанавливаются на конце НКТ. Отметим также, что автома­ тизация фонтанной скважины в том числе предусматривает автоматическое перекрытие выкидной линии разгруженным отсекателем манифольдным типа РОМ-1. Отсекатель срабаты­ вает автоматически при повышении давления в трубопроводе на 0,45 МПа (образование парафиновой пробки) и при пони­ жении давления до 0,15 МПа (порыв трубопровода).

§ 7.3. ОСОБЕННОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ И УСТАНОВЛЕНИЕ РЕЖИМА РАБОТЫ ФОНТАННЫХ СКВАЖИН

Фонтанные скважины можно исследовать любыми рассмотрен­ ными выше методами. Особенности возникают при исследова­ нии на установившихся режимах. Режим работы скважины из­ меняют сменой штуцера другого диаметра, т. е. изменяют дав­ ление РгПосле смены штуцера скважину выдерживают обычно несколько десятков часов для стабилизации режима (продол­ жительность зависит от гидропроводности и пьезопроводности, а также от относительного изменения дебита AQ/Q). Признаки установившегося режима — постоянство дебита Q давлений р2 и рэатр (устанавливают рядом последовательных измерений).